KR0184788B1 - 굴삭기의 유압제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기의 유압시스템에 있어, 조작레버의 스트로크에 따라서 작업기 속도고 선형적으로 변하도록 하여 제어영역이 급격히 줄어드는 것을 방지하도록 한 굴삭기의 부하보상 유압회로장치에 관한 것이다.

본 발명의 구체적인 수단은, 토출유량을 조절하는 가변조절펌프장치를 갖는 펌프와, 이 펌프에서 공급되는 작동유를 제어하여 복수개의 작동기에 보내는 제어밸브를 구비하고, 상기 가변조절펌프에는 펌프의 경전각을 조작하는 경전각 조절기구와, 이 경전각조절기구에 작동신호압을 전달하는 경존조절밸브와, 이 경전조절밸브의 절환을 제어토록 하는 마력제어레귤레이터로 구성되어 있는 굴삭기의 유압회로에 있어서, 상기 제어밸브의 중아유로상의 하류측에는 배압이 높을 경우에 상기 경전각조절기구로 보내는 작동신호압을 작게 만들어 펌프의 토출유량을 증가시키고 또 상기 하류측압이 높을 경우에 브리드 오프(bleed-off)시켜 사기 작동기들을 속도제어하는 부하조절밸브블록이 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

굴삭기의 유압제어장치

제1도의 (a)는 종래 굴삭기의 유압회로도.

제1도의 (b)는 제1도 (a)의 경전각조절수단의 확대도.

제2도의 (가)는 방향전환밸브의 스풀 제어면적 선도.

제2도의 (나)는 풋밸브의 특성을 나타낸 선도.

제2도의 (다)는 펌프 유량제어특성을 나타낸 선도.

제3도는 본 발명에 따른 굴삭기의 유압회로도.

제4도는 본 발명의 바이패스밸브와 그 특성을 나타낸 선도.

제5도는 본 발명의 부하보상밸브와 그 특성을 나타낸 선도.

제6도는 본 발명의 따른 조이스틱밸브의 조작행정의 변화에 따른 속도선도.

제7도는 본 발명 실시예에 따른 작동표.

제8도의 (a),(b)는 본 발명 실시예에 따른 경전각제어 신호압과 메인펌프의 유량 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

9 : 조이스틱 밸브 11 : 경전각조절기구

12 : 경전조절밸브 14 : 마력제어레귤레이터

23,24,25 : 방향전환밸브 25 : 중앙통로

100 : 메인펌프 211,211' : 작동유신호압 공급통로

212 : 바이패스밸브 214 : 부하보상밸브

217 : 오리피스 218 : 릴리프밸브

본 발명은 굴삭기의 유압시스템에 관한 것으로, 특히 네가티브 제어방법에 있어 고부하 작업시 메인펌프의 토출유량이 원하지 않게 줄어들어 유압작동기의 작업속도가 줄어드는 것을 방지하도록 한 굴삭기의 유압제어장치에 관한 것이다.

종래 골삭기의 유압회로는 제1도 (a),(b)에 도시한 바와같이, 메인펌프(100)와, 상기 메인펌프(100)의 토출구에 연결된 중앙통로(25)상에 복수개의 작동기(5,6,7)를 제어하기 위한 방향전환밸브(24,23,22)와, 상기 메인펌프(100)의 경전각을 조절하기 위한 경전각 조절수단(10)으로 경전각조절기구(11), 경전밸브(12) 및 마력제어레귤레이터(14)를 구비하고 있으며, 상기 방향전환밸브들중 어느 하나의 스풀 제어면적 선도는 제2도 (가)에서와 같이 스풀 변위가 증가할수록 P→R측인 공급(펌프)측과 중앙통로 면적은 좁아지고, 이와 반대로 P→M측인 공급(펌프)측과 작동기 입구측 면적 그리고 M→R측인 작업기 출구측과 드레인탱크라인측 면적은 모두 증가하게 되어 있다.

도면중 미설명 부호 3은 보조펌프, 4는 릴리이프밸브, 9는 조이스틱 밸브, 13은 전마력제어유로이다.

상기와 같이 구성된 종래 굴삭기의 일실시예를 설명하자면, 메인펌프(100)에서 토출된 압유는 조이스틱밸브(9)의 조작에 의하여 상기 방향전환밸브(22,23,24)중에서 적어도 하나 이상이 절환되어 상기 작동기(5,6,7)중 어느 하나에 압유가 공급된다.

한편, 메인펌프(100)의 토출 압유중 상기 작동기에 공급되지 않은 나머지 압유는 상기 방향전환밸브와 중앙통로(25)를 경유하여 드레인 탱크로 배출된다.

이때 상기 중앙통로(25)를 통하여 바이패스되는 유량중 일부가 풋밸브(21)에 의해 신호압력으로 전환되어 작동신호압(A3) 라인을 통하여 상기 경전각조절수단(10)에 공급되어 펌프(100)의 토출유량을 제어하게 된다.

이때 상기 작동신호압(A3)은 굴삭기가 부하를 적게 받을수록 상기 중앙통로(25)의 압유량은 많아짐에 따라 작동신호압(A3)도 높아지게 된다. 작동신호압(A3)이 높을수록 상기 경전각조절수단(10)의 경전각은 줄어들어 유압펌프(100)의 토출유량을감소시킨다.

이와같은 펌프의 유량제어를 네가티브컨트롤이라 하고, 중.대형굴삭기에 통상적으로 적용되고 있다. 그러나 제어특성에 따라서는 다음과 같은 문제가 발생하고 있는 실정이다.

일례로써 고부하 작업 상태하에서 조이스틱밸브(9)를 미세조작하여 방향전환밸브(23)의 스풀을 절환시켜 작동기(6)로 압유의 공급을 증가시키고자 할 때 즉, 제2도 (가)의 은선표시선와 같이 중간변위 위치에서 상기 방향전환밸브의 스풀위치를 조절하고자 하는 경우, 필히 제2도의 (다)와 같이 중간유량으로 속도제어가 필요하게 된다. 하지만, 제2도의 (가)에서 보는 바와같이 방향전환밸브(23)의 스풀의 P→R면적 [공급측과 중앙통로(25)의 면적]이 어느정도 열려져있는 상태이므로, 메인펌프(100)의 유량 증가와 더불어 중앙통로(25)의 유량도 증가하게 되어 제2도 (나)에서와 같이 신호압력(A3)도 높아지게 되고, 신호압력(A3)이 높아짐에 따라 제2도 (다)에서와 같이 메인펌프(100)의 토출유량(Q3)도 줄어들게 되어 실제 운전하고자 하는 작동기(5)의 속도가 조이스틱밸브(9)의 조작량에 비해 떨어지는 현상이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 네가티브 제어방법에 있어 고부하 작업시 메인펌프의 토출유량이 조이스틱밸브의 조작량에 비해 줄어들어 유압작동기의 작업속도가 급격히 줄어드는 것을 방지하도록 한 굴삭기의 유압제어장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적 수단은 다음과 같습니다.

제3도에 도시한 바와 같이 작동유를 토출시키기 위한 메인펌프(100) 및 방향전환밸브(22,23,24)를 조작하기 위한 보조펌프(3)가 구비되어 있고, 상기 메인펌프(100)에는 토출된 압유가 상기 방향전환밸브들(22,23,24)을 경유하여 드레인탱크(230)로 흘러가도록 중앙통로(25)가 연결되며, 상기 중앙통로(25)상에는 중립 및 좌, 우측 절환위치를 갖는 방향전환밸브(22,23,24)가 각각 연결되고, 이들 방향전환밸브(22,23,24)에는 주행, 버킷, 붐 등을 동작시키기 위한 각각의 유압작동기(5,6,7)가 연결되어 있다.

그리고 상기 방향전환밸브(23)의 좌, 우측 수압실(23a,23b)은 신호압공급통로(A5,A4)를 통해 조이스틱밸브(9)와 연결되어, 상기 조이스틱밸브(9)의 조작방향에 따라 상기 보조펌프(3)의 토출압력 신호가 전달되도록 되어 있다.

여기서 나머지 방향전환밸브(22,24)도 도시되지 않은 각각의 조이스틱밸브에 연결되어 진다.

상기 방향전환밸브들(22,23,24)보다 하류측 중앙통로(25)상에는 상기 메인펌프(100)의 출구측 압력과 상기 중앙통로(25)상의 압력의 차이가 클수록 상기 중앙통로(25)로 부터 통과되는 유량을 제한하는 바이패스밸브(212)가 구비되며, 상기 바이패스밸브(212)의 하류측에는, 상기 바이패스밸브(212)를 통과하지 않은 상류측 중앙통로(25)에서 분류된 압유와 바이패스밸브(212)를 통과한 하류측 중앙통로(25)의 압유와의 차압에 의해서 스풀이 절환되는 부하보상밸브(214)가 설치되어진다. 여기서 상기 바이패스밸브(212)와 부하보상밸브(214)는 편의에 따라 일체형으로 구성할 수도 있다.

한편, 상기 부하보상밸브(214)를 통과한 중앙통로(25)의 압유중 일부는 상기 메인펌프(100) 경전각조절수단(10)의 신호압(A3)으로 제공되어져, 상기 신호압에 대략 반비례하여 상기 메인펌프(100)의 토출유량이 조절되여지도록 구성된 것이 본 발명의 주요구성에 해당하는 것이다.

한편, 상기 메인펌프(100)측에는 토출 유량을 조절하는 경전각조절수단(10)에 대해서는, 상기 경전각조절수단(10)이 제1도 (b)와 같이 경전각조절기구(11), 경전밸브(12), 마력제어 레귤레이터(14)로 구성되어져 있으며, 유압펌프(100)의 토출압력과 후술하는 부하보상밸브(214)로 부터 공급통로(215)를 통해 제공되는 경전각신호압(A3)에 의해 메인펌프(100)의 경전각을 조절하도록 구성된다. 이와 같은 경전각조절수단(10)은 본 발명의 요지가 아니며 이미 공지된 네가콘타입 유압펌프 경전각조절수단과 동일한 것이므로 구체적인 설명은 생략키로 한다.

여기서 본 발명의 특징부에 해당한 상기 바이패스밸브(212)와 부하보상밸브(214)를 좀더 구체적으로 설명하자면, 상기 중앙통로(25)상의 하류측에 설치된 바이패스밸브(212)는 일측 수압부로는 상기 방향전환밸브들(22,23,24)을 바이패스한 중앙통로(25)로부터 분기된 신호압공급통로(211')와 스프링(S2)에 의해 탄력지지되고, 반대측 수압부로는 상기 메인펌프(100)의 상류측과 연결된 신호압공급통로(211)에 의해 연결되어, 상기 메인펌프(100)로 부터 인가되는 압력과 상기 중앙통로(25)상의 압력과의 차압에 의하여 상기 중앙통로(25)의 압유중 일부를 제한적으로 통과시키는 구조이다.

제4도에 의거 더욱 자세히 설명하자면, 도시한 바와같이 ⓐ측에서 공급된 메인펌프(100)의 토출신호압(Pa)과 ⓑ측의 중앙통로(25)상의 압력(Pb)과의 차압이 클수록 ⓒ측의 유량 출구 단면적이 감소하고 반대로 이들 차압이 작을수록 출구 ⓒ측의 단면적이 증가하게 되어 있다.

따라서, 상기 바이 패스밸브(212)는 메인펌프(100)측 신호압공급통로(2l1)의 압력과 중앙통로(25)측 신호압공급통로(211')의 압력이 동일할 경우 즉, 무부하 운전시 출구ⓒ가 최대로 열리게 되고, 유압작동기(5,6,7)의 동작시에는 중앙통로(25)의 압유량이 줄어들어 결국 바이패스밸브(212)의 ⓒ측 출구의 유량통로가 작아지게 된다.

또한, 상기 부하보상밸브(214)는 상기 바이패스밸브(212)의 상류측 중앙통로(25)와 연결된 입구포트(a)와, 상기 바이패스밸브(212)를 통과한 하류측 중앙통로(25와 연결된 입구포트(b)와, 드레인통로(213)와 연결된 출구포트(c)와, 상기 경전각조절수단(10)과 연결됨과 동시에 상기 부하보상밸브(214)의 일측 수압부와도 연결된 출구포트(d)와, 드레인통로(219)와 연결된 출구포트(e)를 구비하며, 상기 입구포트(a)는 오리피스(217)를 매개하여 드레인탱크(213)와도 연결됨과 동시에 상기 부하보상밸브(214)의 반대측 수압부와도 연결되며, 상기 부하보상밸브(214)의 내부 스풀은 상기 입구포트(a)와 출구포트(d)를 연결함과 동시에 입구포트(1)와 출구포트(e)를 연결하는 제1제어구간과, 상기 입구포트(a)와 출구포트(d)만을 연결하고 입구포트(b)는 폐쇄하는 제2제어구간과, 상기 입구포트(a)와 (b)는 폐쇄하고 출구포트(c)와 (d)는 연통시켜 경전각조절수단(10)으로 연결된 유압라인의 신호압(A3)을 드레인통로(213)와 연통시키는 제3제어구간을 구성하고 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 대해 다수의 유압작동기 중 하나의 유압작동기(6)의 부하상태에 따른 실시예를 들어 설명한다.

가) 유압작동기(6)가 일을 하지 않을 경우,

제3도에서와 같이 유압작동기(6)가 일을 하지 않을 경우, 즉 방향전환밸브(23)가 중립위치에 있는 경우이다.

메인펌프(100)의 거의 모든 토출압유는 방향전환밸브들을 경유하여 중앙통로(25)를 따라 상류측 바이패스밸브(212)를 통해 드레인탱크로 귀환된다. 이때 바이패스밸브(212)의 ⓐ,ⓑ측 압력은 동일하여 그 차압이 없으므로 제4도에서와 같이 스프링(S2)의 반력에 의해 ⓒ측 유량통로가 최대로 열려진 상태가 되어 바이패스밸브(212)의 상,하류측 압력이 동일하게 된다.

이 때, 부하보상밸브(214)는 좌측수압실에는 바이 패스밸브(212)의 ⓒ측을 통과한 압유가 작용하고, 우측수압실에는 동일한 압력의 바이패스밸브(212) 상류측 중앙통로(25)의 압유가 입구포트ⓐ와 출구포트ⓓ를 통하여 작용한다.

그러나 상기 부하보상밸브(214)의 스풀은 좌,우측 수압실에 동일한 압력이 작용하므로 중립위치인 제2제어구간을 유지하게 된다.

따라서, 바이패스밸브(212) 하류측 압유는 부하보상밸브(214)의 입구포트ⓑ가 폐쇄됨에 따라 드레인통로(219)상의 오리피스(217)를 통해 제한적으로 드레인탱크(230)로 배출되고, 동시에 부하보상밸브(214)의 상류측 압유는 입구포트ⓐ와 출구포트ⓓ를 통하여 드레인탱크(230)와 공급통로(215)를 통하여 경전각조절수단(10)에 동시에 연결되며, 이때 상기 드레인탱크(230) 유로상에 설치된 릴리프밸브(218)에 의해 압력이 설정되어지고, 이 압력(A3)은 공급통로(215)를 통하여 경전각조절수단(10)에 작용하여 메인펌프(100)의 토출량을 제8도의 (a)에서와 같이 최소유량(Qmin)이 되도록 조절한다.

나) 유압작동기(6)가 고부하일 경우,

조이스틱밸브(9)를 소정량만 절환한 상태에서 유압작동기(6)를 작동시키게 되면, 메인펌프(100)에서 토출된 압유는 유압작동기(6)로도 공급되지만 일부는 방향전환밸브(23)를 바이패스하여 중앙통로(25)로도 공급되게 된다.

이때 지반굴착 등 작업특성상 유압작동기(6)에 고부하가 걸리게 되면, 메인펌프(100)에서 유압작동기(6)로 공급되는 압유에 고압력이 발생하게 되고 동시에 중앙통로(25)상의 압유에도 고압력이 걸리게 된다.

따라서 바이패스밸브(212)의 수압부 ⓐ에 작용하는 메인펌프(100)의 고압이 중앙통로(25)상의 압력을 인가받는 바이패스밸브(212)의 수압부ⓑ의 압력보다 크게되어 ⓒ측 유량통로가 극도의 폐쇄 상태가 되고, 바이패스밸브(212)의 상,하류측 압력이 차압을 형성하게 되어 부하보상밸브(214)의 좌측수압실에는 바이패스밸브(212)의 ⓒ측을 통과한 저압의 압유가 작용하고, 우측수압실에는 포트ⓐ와 출구포트ⓓ를 통하여 고압의 압유가 작용한다.

결국, 부하보상밸브(214)의 스풀은 중립상태(제2제어구간)에서 좌측으로 이동하게 되어 상기 부하보상밸브(214)의 입구포트(a)와 (b)는 폐쇄되고, 출구포트(c)와 (d)는 연통되는 제3제어구간이 형성된다. 따라서 경전각조절수단(10)으로 연결된 공급통로(215) 상의 신호압(A3)이 드레인통로(213)로 드레인 되고, 그 결과 경전각조절수단(10)은 메인펌프(100)의 토출량이 제8도 (b)에서와 같이 유량(Q2)에서 최대유량(Q1)이 되도록 조절된다.

한편, 부하보상밸브(214)의 스풀이 완전히 좌측으로 이동하게 되면 부하보상밸브(214)의 입구포트ⓐⓑ가 모두 폐쇄됨에 따라, 바이패스밸브(212) 하류측 압유는 아주 순간적으로 드레인이 되지않을 수도 있다. 그러나 이순간 상기 부하보상밸브(214)의 우측 수압부의 압력이 차단되므로 부하보상밸브(214)의 스풀은 제2제어구간과 제3제어구간을 반복하면서 이동하게 되고, 이러한 고부하가 지속될 경우에는 제2,3제어구간의 과도위치에 머무르게 되어 메인펌프(100)의 압유토출을 최적의 상태로 조절하게된다.

다) 고부하 운전 중 조이스틱밸브(9)를 급작히 놓을 경우,

즉, 고부하 운전 중 조이스틱밸브(9)가 갑자이 중립으로 위치하게 되면, 조이스틱밸브(9)에 연결된 방향전환밸브(25)가 신속히 중립으로 이동하게 되고, 유압작동기(6)로의 압유공급은 중단되어 동작을 멈추게 된다.

이렇게 되면 메인펌프(100)의 토출압유는 전부가 중앙통로(25)를 통하여 배출되게되어, 중앙통로(25)의 압유량이 갑자기 증가하게 된다. 이때 바이패스밸브(212)의 ⓐ와 ⓑ측 압력은 순간적으로 동일하게 되어 제4도와 같이 바이패스밸브(212)의 상.하류측 차압이 없어져 바이패스밸브(212)의 ⓒ측 단면적은 최대로 된다.

한편, 부하보상밸브(214)는 고부하상태에서 우측수압부에는 압력이 거의 작용하지 않고 있다가(드레인탱크(213)압이 작용), 좌측수압부에 갑자이 고압의 중앙통로(25) 압유가 작용하여 순간적으로 부하보상밸브(214)의 스풀을 좌측으로 절환하여 제 1제어구간의 상태가 된다.

따라서, 부하보상밸브(214)의 스풀은 ⓑ→ⓔ 포트를 통해 갑자기 증가한 압유 대부분을 드레인탱크(230)로 배출함과 동시에 일부의 압유는 ⓐ→ⓓ포트를 통하여 경전각조절수단(10)에 작용하여 메인펌프(100)의 토출량을 제8도의 (a)에서와 같이 최소유량(Qmin)이 되도록 조절한다.

이와 같이 동작하는 본 발명의 작동상태를 제7도의 표에 도시하였다.

한편, 본 발명의 고부하시 조이스틱밸브(9)측 조작레버의 행정변화에 따른 작업기 속도의 제어영역을 종래의 경부하 및 고부하시의 작업기 속도 제어영역과 비교한 선도가 제6도에 나타난 바와 같다.

즉, 제6도에서 본 발명은 조작레버의 같은 행정거리에서 종래의 고부하시보다 높은 작동기의 속도를 얻을 수 있음은 물론 더 많은 제어영역을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 굴삭기에서의 조작레버의 행정에 따른 작업기 속도가 처음부터 선형적으로 변하게 되어 작업기에 고부하가 걸리게 될 경우 제어영역이 급격히 줄어드는 것을 효과적으로 방지할 수 있음은 물론 작업기 속도를 증가시킬 수 있는 장점을 갖는다.

Claims (4)

1. 압유를 토출하는 메인펌프(100)와, 상기 메인펌프(100)로부터 압유를 공급받아 작동하는 다수의 유압작동기(5,6,7)와, 상기 작동기들에 메인펌프(100)로부터 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 다수의 방향전환밸브(22,23,24)를 구비하고, 상기 방향전환밸브들(22,23,24)을 바이패스한 하류측 중앙통로(25)상의 압유의 압력에 대략 반비례하여 상기 메인펌프(100)의 경전각을 조절하는 굴삭기의 네가콘타입 유압제어장치에 있어서, 상기 방향전환밸브들(22,23,24)의 하류측 중앙통로(25)상에 설치되며, 상기 메인펌프(100)의 출구측 압력과 상기 중앙통로(25)상의 압력의 차이가 클수록 상기 중앙통로(25)상의 압유의 통과를 제한하는 제1밸브수단과, 상기 제1밸브수단의 상류측 중앙통로(25)에서 분류된 압유와 상기 제1밸브수단를 통과한 하류측 압유와의 차압에 의해서 스풀이 절환되는 제2밸브수단과, 상기 제2밸브수단을 통과한 상기 중앙통로(25)의 압유를 신호압으로 사용하여 상기 메인펌프(100)의 경전각을 조절하는 경전각조절수단(10)을 포함하는 굴삭기의 유압제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1밸브수단은 일측 수압부에는 상기 메인펌프(100)의 토출구측과 신호압공급통로(211)와 연결되고, 반대측 수압부에는 스프링(S2)이 탄력지지됨과 동시에 상기 중앙통로(25)의 신호압공급통로(211')와 연결된 바이패스밸브(212)인 것을 특징으로 하는 굴삭기의 유압제어장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제2밸브수단은 상기 제1밸브수단의 상류측 중앙통로(25)와 연결된 입구프트(a)와, 상기 제1밸브수단을 통과한 하류측 중앙통로(25)와 연결된 입구포트(b)와, 드레인통로(213)와 연결된 출구포트(c)와, 상기 경전각조절수단(10)과 연결됨과 동시에 일측 수압부와 연결된 출구포트(d)와, 드레인통로(219)와 연결된 출구프트(e)를 형성하며, 상기 입구포트(a)는 오리피스(217)를 매개하여 드레인탱크(213)와 연결됨과 동시에 반대측 수압부와 연결된 밸브하우징과, 상기 밸브하우징 내부에는 상기 입구포트(a)와 출구포트(d)를 연결함과 동시에 입구포트(b)와 출구포트(e)를 연결하는 제1제어구간과, 상기 입구포트(a)와 출구포트(d)만을 연결하고 입구포트(b)는 폐쇄하는 제2제어구간과, 상기 입구포트(a)와 (b)는 폐쇄하고 출구포트(c)와 (d)는 연통된 제3제어구간을 형성하는 스풀로 구성된 부하보상밸브(214)인 것을 특징으로 하는 굴삭기의 유압제어장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 바이패스밸브(212)의 상류측에서 분류된 압유가 상기 바이패스밸브(212)를 통과한 하류측 압유보다 클수록 상기 부하보상밸브(214)는 경전각신호압을 작게하여 상기 메인펌프(100)의 토출유량을 증대시키는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 유압제어장치.